تركز أبحاث الأستاذ عمر محمد على الفهم العميق لديناميكيات حاملات الشحنة في أنظمة متنوعة لتجميع الضوء من أجل الخلايا الشمسية وكواشف الأشعة السينية، بما في ذلك النقاط الكمومية شبه الموصلة، ومواد البيروفسكايت، والبوليمرات، والهياكل المعدنية العضوية، وزجاج هاليدات النحاس، وذلك بالاعتماد على تقنيات مطيافية الليزر فائق السرعة وتصوير الإلكترون رباعي الأبعاد. وتشمل أبحاثه الحالية تطوير مواد خلايا شمسية عالية الكفاءة، إلى جانب كواشف وأجهزة تألق ضوئيscintillators) ) تقدمة لتطبيقات التصوير بالأشعة السينية بدقة عالية وجرعات منخفضة، سواء في التشخيص الطبي أو الفحص الأمني.​